Gota (líquido)

Una gota es una pequeña columna de líquido , delimitada total o casi totalmente por superficies libres . Puede formarse cuando el líquido se acumula en el extremo de un tubo u otra superficie, produciendo una gota colgante. También pueden formarse por la condensación de vapor o por la atomización de una masa sólida mayor . El vapor de agua se condensa en gotas según la temperatura. La temperatura a la que se forman las gotas se denomina punto de rocío .

Los líquidos forman gotas porque presentan tensión superficial . ^{[ 1 ]}

Una forma sencilla de formar una gota es dejar que un líquido fluya lentamente desde el extremo inferior de un tubo vertical de pequeño diámetro. La tensión superficial del líquido hace que este se adhiera al tubo, formando una gota colgante. Cuando la gota supera cierto tamaño, pierde su estabilidad y se desprende. El líquido que cae también es una gota que se mantiene unida por la tensión superficial.

En la prueba de la gota colgante, una gota de líquido se suspende del extremo de un tubo o de cualquier superficie por tensión superficial . La fuerza debida a la tensión superficial es proporcional a la longitud del límite entre el líquido y el tubo, y la constante de proporcionalidad se suele denotar como${\displaystyle \gamma }$. ^{[ 2 ]} Dado que la longitud de este límite es la circunferencia del tubo, la fuerza debida a la tensión superficial viene dada por

${\displaystyle \,F_{\gamma }=\pi d\gamma }$

donde d es el diámetro del tubo.

La masa m de la gota que cuelga del extremo del tubo se puede encontrar igualando la fuerza debida a la gravedad (${\displaystyle F_{g}=mg}$) con el componente de la tensión superficial en la dirección vertical (${\displaystyle F_{\gamma }\sin \alpha }$) dando la fórmula

${\displaystyle \,mg=\pi d\gamma \sin \alpha }$

donde α es el ángulo de contacto con la superficie frontal del tubo y g es la aceleración debida a la gravedad.

El límite de esta fórmula, cuando α tiende a 90°, da el peso máximo de una gota colgante para un líquido con una tensión superficial dada,${\displaystyle \gamma }$.

${\displaystyle \,mg=\pi d\gamma }$

Esta relación constituye la base de un método práctico para medir la tensión superficial, comúnmente utilizado en la industria petrolera. Existen métodos más sofisticados que tienen en cuenta la evolución de la forma del colgante a medida que crece la gota. Estos métodos se emplean cuando se desconoce la tensión superficial. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

La adhesión de una gota a un sólido se puede dividir en dos categorías: adhesión lateral y adhesión normal. La adhesión lateral se asemeja a la fricción (aunque tribológicamente es un término más preciso) y se refiere a la fuerza necesaria para deslizar una gota sobre la superficie, es decir, la fuerza para separar la gota de su posición en la superficie y trasladarla a otra posición. La adhesión normal es la necesaria para separar una gota de la superficie en dirección normal, es decir, la fuerza para que la gota salga disparada de la superficie. La medición de ambas formas de adhesión se puede realizar con la Balanza de Adhesión Centrífuga (BAC). La BAC utiliza una combinación de fuerzas centrífugas y gravitatorias para obtener cualquier relación entre fuerzas laterales y normales. Por ejemplo, puede aplicar una fuerza normal con fuerza lateral cero para que la gota salga disparada de la superficie en dirección normal, o puede inducir una fuerza lateral con fuerza normal cero (simulando gravedad cero ).

El término gotita es un diminutivo de «gota» y, como referencia, se suele utilizar para partículas líquidas de menos de 500  μm de diámetro. En la aplicación por pulverización , las gotitas se describen generalmente por su tamaño aparente (es decir, su diámetro), mientras que la dosis (o el número de partículas infecciosas en el caso de los biopesticidas ) es función de su volumen. Este aumenta de forma cúbica con respecto al diámetro ; así, una  gotita de 50 μm representa una dosis de 65  pl y una  gotita de 500 μm representa una dosis de 65 nanolitros.

Una gota con un diámetro de 3  mm tiene una velocidad terminal de aproximadamente 8  m/s. ^{[ 5 ]} Las gotas con un diámetro menor a 1 mm alcanzan el 95 % de su velocidad terminal en 2 m . Pero por encima de este tamaño, la distancia para alcanzar la velocidad terminal aumenta drásticamente. Un ejemplo es una gota con un diámetro de 2 mm que puede alcanzarla a 5,6 m . ^{[ 5 ]}

Debido a la diferencia en el índice de refracción del agua y del aire , se producen refracción y reflexión en la superficie de las gotas de lluvia , lo que da lugar a la formación del arcoíris .

La principal fuente de sonido cuando una gota impacta una superficie líquida es la resonancia de burbujas excitadas atrapadas bajo el agua. Estas burbujas oscilantes son responsables de la mayoría de los sonidos de los líquidos, como el agua que corre o las salpicaduras, ya que en realidad consisten en muchas colisiones entre gotas y líquido. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

La forma clásica asociada a una gota (con un extremo puntiagudo en su parte superior) proviene de la observación de una gotita adherida a una superficie. La forma de una gota que cae a través de un gas es, en realidad, más o menos esférica para gotas de menos de 2  mm de diámetro. ^{[ 9 ]} Las gotas más grandes tienden a ser más planas en la parte inferior debido a la presión del gas a través del cual se mueven. ^{[ 10 ]} Como resultado, a medida que las gotas aumentan de tamaño, se forma una depresión cóncava que conduce a la eventual ruptura de la gota.

Longitud capilar

La longitud capilar es un factor de escala que relaciona la gravedad , la densidad y la tensión superficial , y determina directamente la forma que adoptará una gota de un fluido específico. Esta longitud se deriva de la presión de Laplace , utilizando el radio de la gota.

Utilizando la longitud capilar, podemos definir microgotas y macrogotas. Las microgotas son gotitas con un radio menor que la longitud capilar, cuya forma está determinada por la tensión superficial y presentan una forma más o menos esférica . Si una gota tiene un radio mayor que la longitud capilar, se denomina macrogota y predominan las fuerzas gravitatorias. Las macrogotas se aplanan por efecto de la gravedad y su altura disminuye. ^{[ 11 ]}

El tamaño de las gotas de lluvia suele oscilar entre 0,5  mm y 4  mm, y la distribución del tamaño disminuye rápidamente a partir de diámetros mayores de 2–2,5  mm. ^{[ 12 ]}

Tradicionalmente, los científicos creían que la variación en el tamaño de las gotas de lluvia se debía a las colisiones durante su descenso al suelo. En 2009, investigadores franceses lograron demostrar que la distribución de tamaños se debe a la interacción de las gotas con el aire, que deforma las gotas más grandes y provoca su fragmentación en gotas más pequeñas, limitando así el  diámetro de las gotas de lluvia más grandes a unos 6 mm. ^{[ 13 ]} Sin embargo, las gotas de hasta 10  mm (equivalentes en volumen a una esfera de radio 4,5  mm) son teóricamente estables y podrían levitar en un túnel de viento. ^{[ 9 ]} La gota de lluvia más grande registrada tenía 8,8  mm de diámetro y se encontraba en la base de una nube cúmulo congestus en las proximidades del atolón de Kwajalein en julio de 1999. Una gota de lluvia de tamaño idéntico fue detectada sobre el norte de Brasil en septiembre de 1995. ^{[ 14 ]}

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  Tinte azul cayendo en un platillo de leche.
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  Impacto de una gota de agua
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  Retroceso por impacto de caída
• Gotas de lluvia impactando y goteando
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  Fotografía ultrarrápida de Edgerton del chapoteo de una gota de leche formando una pequeña corona.
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  Una gota de agua golpea una superficie metálica mojada y expulsa más gotitas, que se convierten en glóbulos de agua y se deslizan sobre la superficie del agua.
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  Una gota de agua sobre una hoja, efecto hidrofóbico , humectación parcial.
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  Un triple chorro de retroceso después del impacto
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  Foto de una gota de lluvia sobre una hoja de helecho.
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  Gota desprendiéndose
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  Gotas de agua que se forman en la alcachofa de la ducha.
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  Una gota de agua sobre una Asterácea
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  Gotas de agua refractando una pequeña flor
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  Una gota de lluvia sobre una hoja
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  Gotas de agua sobre vidrio
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  Gotas de agua de una fuente vistas en una exposición muy corta.
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  Gotas de lluvia sobre la hoja de un rosal
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  Flujo de agua de lluvia desde un dosel. Entre las fuerzas que rigen la formación de gotas: tensión superficial , cohesión , fuerza de Van der Waals , inestabilidad de Plateau-Rayleigh .

• Experimento de caída de brea
• Lluvia
• Salpicadura (dinámica de fluidos)
• erosión por gotas de agua
• Goteando (tetera)
• Corona de gotas de leche de Edgerton

• Escultura líquida: imágenes de gotas
• Arte líquido – Galerías de fotografía artística de gotas (archivado el 19 de marzo de 2008)
• Cálculo (muy variable) del desperdicio de agua por un grifo que gotea:,( Archivado el 13 de agosto de 2009 en Wayback Machine )